第3节电解池 金属的电化学腐蚀与防护1理解电解池的构成、工作原理及应用，能书写电极反应和总反应方程式。2了解金属发生电化学腐蚀的原因、金属腐蚀的危害及防止金属腐蚀的措施。回归教材一、电解池1电解在直流电的作用下，电解质在两个电极上分别发生_和_的过程叫电解。通过电解使不能自发进行的反应顺利进行。电解过程中电能转化为_。将电能转化为化学能的装置称为_。氧化反应还原反应化学能电解池2电解原理负极阴极阳离子阴离子阳极正极电子从外接电源的_ 流出，经导线到达电解池的_。电解质溶液中的_移向阴极，氧化性强的离子在阴极获得电子而被还原，发生还原反应；与此同时，电解质溶液中的_移向阳极，其中还原性强的离子在阳极上失去电子(也可能是阳极很活泼，本身失去电子)而被氧化，发生氧化反应。这样电子又从电解池的_流出，沿导线流回外接直流电源的_。正极氧化反应负极还原反应3电极的判断及电极反应阳极与电源_相连，溶液中阴离子移向正极，失去电子，发生_；阴极与电源_相连，溶液中阳离子移向此极，得到电子，发生_。二、金属的腐蚀与保护1金属腐蚀的实质化学反应原电池金属原子失去电子被氧化而消耗的过程。2金属腐蚀的分类(1)化学腐蚀：金属与接触的物质直接发生_而引起的腐蚀。电化学化学电化学(2)电化学腐蚀：不纯的金属或合金跟电解质溶液接触，发生_反应，较活泼的金属被氧化的腐蚀。(3)两种腐蚀往往同时发生，但_腐蚀更普遍，速度快，危害更严重。_腐蚀无电流产生，_腐蚀有电流产生。3电化学腐蚀的常见类型很弱(或呈中性)4.金属的防护(1)改变金属的_组成结构。内部表面(2)在金属_覆盖保护层。常见方式：涂油脂、油漆或覆盖搪瓷、塑料等；使表面生成致密氧化膜；在表面镀一层有自我保护作用的另一种金属。电化学腐蚀类型吸氧腐蚀析氢腐蚀条件水膜酸性_水膜酸性_正极反应_负极反应Fe2e=Fe2较强O24e2H2O = 4OH2H2e=H2(3)电化学保护法：外加电流的阴极保护法接上外加直流电源构成电解池，被保护的金属作_；牺牲阳极的阴极保护法外加负极材料，构成原电池，被保护的金属作_。阴极正极5金属腐蚀快慢的规律(1)电解原理引起的阳极腐蚀原电池原理引起的负极腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀。(2)对同一种金属，强电解质溶液弱电解质溶液非电解质溶液。活动性不同的两金属，活动性差别越大，腐蚀越快。(3)对同一种电解质溶液，电解质溶液浓度越大，腐蚀越快。三、电解的应用1精炼与电镀阳阴阳阴减小不变应用精炼铜电镀铜形成条件粗铜金属作_极，精铜作_极，CuSO4溶液作电解液镀层金属作_极，镀件作_极，电镀液必须含有Cu2电极反应式阳极：Cu2e=Cu2阴极：Cu22e=Cu溶液变化电解液的浓度_溶液中溶质浓度_说明粗铜中的Zn、Fe、Ni等杂质失去电子形成阳离子，银、金等杂质以金属单质的形式沉积在电解槽底，形成阳极泥电镀是应用电解原理在某些金属表面镀上一层其他金属或合金的过程Na的冶炼：2NaCl=2NaCl2Mg的冶炼：MgCl2=MgCl2Al的冶炼：2Al2O3=4Al3O22.冶炼活泼金属Na、Mg、Al 等活泼金属都可用电解它们的熔融盐或氧化物的方法制得。电解电解电解冰晶石基础测评1下列有关钢铁腐蚀与防护的说法正确的是()。A钢管与电源正极连接，钢管可被保护B铁遇冷浓硝酸表面钝化，可保护内部不被腐蚀C钢管与铜管露天堆放在一起，钢管不易被腐蚀D钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是 Fe3e=Fe3解析：用电解原理保护金属时，金属应作电解池阴极，即与原电池负极连接，故 A 错误；常温下，铁和浓硝酸反应生成一层致密的氧化物薄膜而阻止了进一步反应，所以可以保护内部金属不被腐蚀，故 B 正确；钢管、铜管和雨水能构成原电池，铁作负极，容易被腐蚀，故 C 错误；钢铁发生析氢腐蚀时，负极反应是 Fe2e=Fe2，故 D 错误。答案：B中高硅铸铁为惰性辅助阳极。下列有关表述不正确的是(2(2017 年新课标卷)支撑海港码头基础的防腐技术，常用外加电流的阴极保护法进行防腐，工作原理如下图所示，其)。A通入保护电流使钢管桩表面腐蚀电流接近于零B通电后外电路电子被强制从高硅铸铁流向钢管桩C高硅铸铁的作用是作为损耗阳极材料和传递电流D通入的保护电流应该根据环境条件变化进行调整. . .解析：外加强大的电流抑制金属电化学腐蚀产生的电流，故 A 正确；通电后，被保护的钢管柱作阴极，高硅铸铁作阳极，故 B 正确；高硅铸铁为惰性辅助阳极，所以高硅铸铁不损耗，故 C 错误；外加电流要抑制金属电化学腐蚀产生的电流，故 D正确。答案：C3在城市地下常埋有纵横交错的管道和运输电线路，有些地面上还铺有地铁或城铁的铁轨，当有电流泄漏入潮湿的土壤中，并与金属管道或铁轨形成回路时，就会引起金属管道、铁()。A原理图可理解为两个串联电解装置B如在 NaCl 溶液中加入酚酞，右边 Fe 电极附近溶液变红C地下管道被腐蚀，不易发现，也不便维修，故应将埋在地下的金属管道表面涂绝缘膜(或油漆等)D溶液中铁丝左端电极反应式为：Fe2e=Fe2解析：原图可以变形为如下图所示装置，因此原理图可理解为两个串联电解装置，故 A 正确；根据图示，右侧钢轨为阴极，溶液中氢离子放电，右边 Fe 电极附近溶液的碱性增强，加入酚酞，溶液变红，故 B 正确；在金属管道表面涂绝缘膜(或油漆等)，可以避免被腐蚀，故 C 正确；电子由铁丝右端移向左端，相当于构成原电池时，右端为负极，电极反应式为 Fe 2e=Fe2，故 D 错误。答案：D解析：中有电源，是用惰性电极电解硫酸溶液的装置，为电解池，阳极上氢氧根离子放电生成氧气，阴极上氢离子放电生成氢气，相当于电解水，阳离子移向阴极，为 Zn、Cu原电池，Zn 为负极，正极上氢离子放电生成氢气，原电池中阳离子移向正极。中电解硫酸相当于电解水，硫酸浓度增大，c(H)浓度增大，中氢离子放电生成氢气，硫酸浓度减小，c(H)浓度减小，故 A 错误。答案：A下列有关说法中错误的是(5下图装置中 X 和 Y 均为石墨电极，电解液为 500 mL 某蓝色溶液，电解一段时间，观察到 X 电极表面有红色的固态物质生成，Y 电极有无色气体生成；溶液中原有溶质完全溶解后，停止电解，取出 X 电极，洗涤、干燥、称量，电极增重 1.6 g。)。AX 电极是阴极BY 电极产生气体的体积为 0.224 LC电解后溶液的 pH1D要使电解后溶液恢复到电解前的状态，需加入一定量的CuO 或CuCO3答案：B考点一 电解池原理考向1 电解产物的判断以及电解质溶液的变化分析典例1(2017 届北京丰台期末)图 1 是电解饱和氯化钠溶液的示意图。图 2 中，x 轴表示实验时流入阴极的电子的物质的量，y 轴表示()。图 1图 2解析：该装置中，阳极氯离子放电，2Cl2e=Cl2，阴 极 氢 离 子 放 电 ， 2H 2e=H2， 总 反 应 ： 2Cl2H2O=2OHH2Cl2。阴极氢离子放电，所以溶液中c(OH)增大，c(H)减小，c(Na)不变；阳极氯离子放电，所以溶液中c(Cl)减小。答案：C方法技巧惰性电极电解的一般规律。(1)放电顺序。阴极放电的总是溶液中的阳离子，与电极材料无关。放电顺序是：若为活性电极作阳极，则电极本身失去电子，发生氧化反应；若是惰性电极作阳极，则溶液中的阴离子放电，放电顺序是：(2)惰性电极电解电解质溶液的四种类型。（续表）类型电极反应特点电解质溶液电解对象电解质浓度pH电解质溶液复原放H2生碱型阴极：H2O放H2生成碱阳极：电解质阴离子放电活泼金属的无氧酸盐(如NaCl)电解质和水生成新电解质增大通入氯化氢气体放O2生酸型阴极：电解质阳离子放电；阳极：H2O放O2生成酸不活泼金属的含氧酸盐(如CuSO4)电解质和水生成新电解质减小加氧化铜考向2电解方程式的书写典例2(1)以铝材为阳极，在 H2SO4 溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，阳极电极反应式为_。(2)用 Al 单质作阳极，石墨作阴极，NaHCO3 溶液作电解液进行电解，生成难溶物 R，R 受热分解生成化合物 Q。写出阳极生成 R 的电极反应式：_。忘水溶液中的H和OH)，然后排出阴、阳两极的放电顺序。方法技巧电解方程式的书写。(1)电解方程式书写的具体步骤。判断阴、阳极，分析阳极材料是惰性电极还是活泼电极。分析电解质水溶液的组成，找全离子并分阴、阳两组(勿分析电极反应，判断电极产物，写出电极反应式，要注意遵循原子守恒和电荷守恒。写出电解反应的总化学方程式或离子方程式。(2)书写的注意问题。必须在连接号上标明通电或电解。书写电解池中电极反应式时，要以实际放电的离子表示，但书写总电解反应方程式时，弱电解质要写成分子式。要确保两极电子转移数目相同。电解水溶液时，应注意放电顺序中 H、OH之后的离子一般不参与放电。【拓展演练】1(2016 年北京卷)用石墨电极完成下列电解实验。项目实验一实验二装置现象a、d处试纸变蓝；b处变红，局部褪色；c处无明显变化两个石墨电极附近有气泡产生；n处有气泡产生解析：a、d 处试纸变蓝，说明溶液显碱性,是溶液中的 H得到电子生成氢气，OH剩余造成的，故 A 正确；b 处变红，局部褪色，说明是溶液中的 Cl失去电子生成 Cl2，Cl2 溶于水生成盐酸和次氯酸，故 B 错误；c 处为阳极，铁失去电子生成 Fe2+，故 C 正确；实验一中 ac 形成电解池，db 形成电解池，所以实验二中也相当于形成三个电解池( 一个球的两面为不同的两极)，m 为电解池的阴极，另一球朝 m 的一面为阳极(n 的背面)，故相当于电镀，即 m 上有铜析出，故 D 正确。答案：B2(1)利用 LiOH 和钴氧化物可制备锂离子电池正极材料。LiOH 可由电解法制备，钴氧化物可通过处理钴渣获得。利用如下图所示装置电解制备 LiOH，两电极区电解液分别为 LiOH 和 LiCl 溶液。B 极区电解液为_(填化学式)溶液，阳极电极反应式为_，电解过程中 Li向_(填“A”或“B”)电极迁移。(2)将烧碱吸收 H2S 后的溶液加入到如下图所示的电解池的阳极区进行电解。电解过程中阳极区发生如下反应：写出电解时阴极的电极反应式：_。电解后阳极区的溶液用稀硫酸酸化得到硫单质，其离子方程式可写成_。解析：(1)根据电解装置图，B极区产生H2，电极反应式为2H2O2e=H22OH，OH与 Li结合生成 LiOH，所以B极区电解液应为 LiOH溶液，B电极为阴极，则A电极应为阳极。阳极区电解液应为 LiCl溶液，电极反应式为2Cl2e=Cl2。B电极为阴极，电解过程中 Li向B电极迁移。考点二考向1电解原理的应用电解原理在工业中的应用答案：B混合溶液。下列叙述错误的是(【拓展演练】3(2017 年新课标卷)用电解氧化法可以在铝制品表面形成致密、耐腐蚀的氧化膜，电解质溶液一般为 H2SO4-H2C2O4)。A待加工铝质工件为阳极B可选用不锈钢网作为阴极C阴极的电极反应式为：Al33e=AlD硫酸根离子在电解过程中向阳极移动. .解析：根据原理可知，Al 要形成氧化膜，其化合价升高，失电子，因此铝为阳极，故 A 正确；不锈钢网接触面积大，能增加电解效率，故 B 正确；阴极应为阳离子得电子，根据离子放电顺序应是 H放电，即 2H2e=H2，故 C 错误；根据电解原理，电解时，阴离子移向阳极，故 D 正确。答案：C示，图中陶瓷在高温时可以传输 H。下列叙述错误的是(4(2017 年海南卷)一种电化学制备 NH3 的装置如下图所)。 APb 电极 b 为阴极B阴极的反应式为 N26H6e=2NH3CH由阳极向阴极迁移D陶瓷可以隔离 N2 和 H2. .解析：Pb 电极 b 上氢气失去电子，为阳极，故 A 错误；阴极上发生还原反应，则阴极反应为 N26H6e=2NH3，故B 正确；电解池中，阳离子由阳极向阴极迁移，故 C 正确；由图可知，氮气与氢气未直接接触，陶瓷可以隔离 N2 和 H2，故 D正确。答案：A考向2电解原理在计算中的应用答案：A方法技巧电化学定量计算的三种方法。(1)根据总反应式计算：先写出电极反应式，再写出总反应式，最后根据总反应式列出比例式计算。(2)根据电子守恒计算：用于串联电路中阴阳两极产物、正负两极产物、相同电量等类型的计算，其依据是电路中转移的电子数相等。用于混合溶液中电解的分阶段计算。(3)根据关系式计算：根据得失电子守恒定律关系建立起已知量与未知量之间的桥梁，构建计算所需的关系式。如以通过4 mol e为桥梁可构建如下关系式：(式中 M 为金属，n 为其离子的化合价数值)灵活运用关系式便能快速解答常见的电化学计算问题。在电化学计算中，还常利用QIt和Qn(e)NA1.601019C来计算电路中通过的电量。【拓展演练】5以铬酸钾(右室起始加入 0.4 mol K2CrO4)为原料，用电化学法制备重铬酸钾的实验装置示意图如下。下列说法正确的是()。A在阳极室，通电后溶液逐渐由橙色变为黄色B电路中有 0.2 mol 电子通过时，阳极与阴极溶液减少的质量差为 1.4 gC若测得右室中 K 与 Cr 的物质的量之比为 32，则此过程电路中共转移电子数为 0.1NAD若测定阳极液中 K 与 Cr 的物质的量之比为 d，则此时铬酸钾的转化率为 2d答案：D6(2017 届河北石家庄二中模拟)碱性硼化钒(VB2)-空气电池工作时反应为：4VB211O2=4B2O32V2O5，用该电池电解 100 mL 硫酸铜溶液，实验装置如下图所示(b、c 均为惰性电极)，当外电路中通过 0.02 mol 电子时，B 装置两极共收集到0.224 L 气体(标准状况)。下列说法正确的是()。A电解过程中，b 电极表面先有红色物质析出，然后有气泡产生BVB2 为负极，电极反应为：2VB211H2O22e=V2O52B2O322HC电池内部 OH移向 a 电极，溶液 pH 保持增大D忽略溶液体积变化，电解后 B 装置中溶液的 pH 为 1解析：A装置为原电池，通入空气的a电极为正极，与电源正极相连的b电极为阳极，电解时，溶液中的OH在阳极放电生成氧气，即b电极表面没有红色物质析出，故A错误；根据上述分析，a电极为正极，则VB2电极是负极，负极上是VB2失电子发生氧化反应，电极反应为2VB222OH22e=V2O52B2O311H2O，故B错误；根据上述分析，a电极为正极,电池内部OH移向VB2电极,根据燃料电池的总反应，溶液pH保持不变，故C错误；当外电路中通过0.02 mol电子时,B装置内b为阳极,电极反应为4OH4e=2H2OO2，氢氧根失电子生成氧气为 0.005 mol，共收集到 0.224 L 气体，物质的量为 0.01 mol，则阴极产生 0.005 mol 的氢气，所以溶液中生成 H的物质的量为 0.02 mol0.005 mol20.01 mol，溶液中c(H)0.01 mol0.1 L0.1 molL1，pH1，故 D 正确。答案：D考点三考向1金属的腐蚀与防护析氢腐蚀与吸氧腐蚀的分析判断A在 pH4 的溶液中，碳钢主要发生析氢腐蚀B在 pH6 的溶液中，碳钢主要发生吸氧腐蚀C在煮沸除氧气后的碱性溶液中，碳钢腐蚀速率会减慢=4OH ，D 错误。D在 pH14的溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为 O24H4e=2H2O解析：pH4 的溶液酸性较强，碳钢主要发生析氢腐蚀，A 正确；pH6 的溶液酸性不强，碳钢主要发生吸氧腐蚀，B正确；在煮沸除氧气后的碱性溶液中，正极上氧气得电子生成氢氧根离子的速率减小，所以碳钢腐蚀速率会减缓，C 正确；在 pH14 的溶液中，碳钢腐蚀的正极反应为 O22H2O4e 答案：D考向2金属腐蚀快慢的比较典例6下列各情况中，Fe 片腐蚀由快到慢的顺序是()。(1)(2)(3)(4)(5)A(5)(2)(1)(3)(4)C(5)(3)(4)(1)(2)B(2)(5)(3)(4)(1)D(1)(5)(3)(4)(2)解析：(2)(3)装置是原电池，(2)中金属铁作负极，(3)中金属铁作正极，作负极的腐蚀速率快，所以(2)(3)。(4)(5)装置是电解池，(4)中金属铁为阴极，(5)中金属铁为阳极，阳极金属腐蚀速率快，阴极被保护，即(5)(4)，根据电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀，并且原电池的正极金属腐蚀速率快于电解池的阴极金属腐蚀速率，所以铁腐蚀的快慢顺序为(5)(2)(1)(3)(4)。答案：A方法技巧金属腐蚀的快慢与下面两种因素有关：(1)与构成原电池的材料有关，两极材料的活泼性差别越大，氧化还原反应的速率越快，活泼金属被腐蚀的速度就越快。(2)与金属所接触电解质的强弱有关，活泼金属在电解质溶液中的腐蚀快于在非电解质溶液中的腐蚀，在强电解质溶液中的腐蚀快于在弱电解质溶液中的腐蚀。一般来说，可用下列原则判断：电解原理引起的腐蚀原电池原理引起的腐蚀化学腐蚀有防护措施的腐蚀。考向3金属的防护典例7(2017 届上海浦东六校调研)埋在地下的钢管道可以用下图所示方法进行电化学保护。下列说法正确的是()。A该方法是将化学能转化成了电能B在此装置中钢管道作负极C该方法称为“外加电流阴极保护法”解析：据图可知，该金属防护措施采用的是牺牲阳极的阴极保护法，钢管道作正极，镁块作负极，负极的电极反应为Mg2e2OH=Mg(OH)2。答案：AD镁块上发生的电极反应：O22H2O4e=4OH【拓展演练】7(2017 届广东七校联考)如下图所示，将铁棒和石墨棒插入盛有饱和 NaCl 溶液的 U 形管中。下列分析正确的是()。解析：K1 闭合，构成原电池，铁棒是负极，发生铁的吸氧腐蚀，铁棒上发生的反应为 Fe2e=Fe2，石墨棒是正极，正极反应为 O24e2H2O=4OH，石墨棒周围溶液的 pH逐渐增大，故 A、B 错误；K2 闭合，构成电解池，铁棒作阴极，不会被腐蚀，属于外加电流的阴极保护法，故C正确；K2 闭合，构成电解池，属于惰性电极电解食盐水，两极分别生成氢气、氯气，电路中通过 0.4 mol 电子时，两极共产生 8.96 L 标准状况下的气体，故 D 错误。答案：C8利用下图所示装置可以完成很多电化学实验。下列有关此装置的叙述中，正确的是()。A若 X 为锌棒，Y 为 NaCl 溶液，开关 K 置于 M 处，可减缓铁的腐蚀，这种方法称为牺牲阴极保护法B若 X 为碳棒，Y 为 NaCl 溶液，开关 K 置于 N 处，可加快铁的腐蚀C若 X 为铜棒，Y 为硫酸铜溶液，开关 K 置于 M 处，铜棒质量将增加，此时外电路中的电子向铜电极移动D若 X 为铜棒，Y 为硫酸铜溶液，开关 K 置于 N 处，可用于铁表面镀铜，溶液中铜离子浓度将减小解析：A 项，若 X 为锌棒，Y 为 NaCl 溶液，开关 K 置于M 处，构成原电池，锌作负极，铁作正极被保护，这种方法称为牺牲阳极保护法，故A 错误；B 项，若 X为碳棒，Y为NaCl溶液，开关 K 置于 N 处，构成电解池，X 作阳极，铁作阴极被保护，故 B 错误；C 项，若 X 为铜棒，Y 为硫酸铜溶液，开关K 置于 M 处，构成原电池，铁作负极，电子沿外电路流向正极铜，溶液中铜离子移向铜电极得到电子析出铜，铜棒质量将增大，故 C 正确；D 项，若 X 为铜棒，Y 为硫酸铜溶液，开关 K置于 N 处，构成电解池，X 作阳极，铜失电子发生氧化反应，铁作阴极，溶液中铜离子在铁棒上析出，溶液中铜离子浓度不变，故 D 错误。答案：C